KR101330171B1 - 광전변환 입자를 포함하는 광투과 조절 필름 및 이를 포함하는 부재 - Google Patents

광전변환 입자를 포함하는 광투과 조절 필름 및 이를 포함하는 부재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 i) 제1 투명 기판 및 상기 제1 투명 기판과 마주보는 제2 투명 기판; 및 ii) 상기 제1 투명 기판 및 제2 투명 기판 사이에 배치 되고, 투명 고분자층, 상기 투명 고분자층에 분산된 액정 분자 및 상기 고분자층에 분산된 광전변환 입자를 포함하는 광투과 조절층을 포함하는 광투과 조절 필름을 제공한다. 상기 광투과 조절 필름은 전자기기, 건축 자재, 자동차 산업 등 다양한 산업 영역에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

Description

광전변환 입자를 포함하는 광투과 조절 필름 및 이를 포함하는 부재{FILM FOR CONTROLLING PENETRATION OF LIGHT COMPRISING PHOTOVOLTAIC PARTICLES AND ARTICLES COMPRISING THE SAME}
본 기술은 필름 분야의 기술로서, 구체적으로는 소자에 입사되는 광의 투과율을 외부 전원 없이 용이하게 조절할 수 있는 필름에 관한 기술이다.
유리 산업은 에너지 절감효과와 친환경 재료의 사용을 바탕으로 하여 기존 유리의 특성을 변화시켜 보다 양질의 재료를 생산해 내는 방향으로 변화해 가고 있다. 또한, 인위적으로 가시광선 전 파장에 대한 투과율을 조절할 수 있는 유리 제작의 필요성이 대두되어 스마트 윈도우라는 신소재 유리가 주목 받고 있다. 스마트 유리란 켤 수 있는 창으로 알려져 있으며 전압이 걸리면 빛의 투과성을 변화시킬 수 있다. 특정 형태의 스마트 유리는 사용자가 통과하는 빛과 열의 양을 제어할 수 있게 허여한다. 버트만 누르면 투명하다가 불투명하게 되거나 또는 반투명하게 된다. 스마트 유리 기술은 전기 크로미즘 소자, 액정 소자 등에 적용된다.
이러한 스마트 유리의 구동을 위해서는 별도의 외부 전원을 공급하여야 하는 바, 전력 공급 계통구조가 복잡할 수 있다. 또한, 종래의 스마트 유리는 유리 기반의 기술 범위를 벗어나지 못하여 플렉서블한 특성을 갖지 못하는 등, 그 응용범위가 다소 한정적인 측면이 있다.
본 발명의 목적은 전술한 종래 기술의 문제나 한계점의 인식으로부터 도출된 발명으로서, 외부 전원의 인가 없이 구동할 수 있고 플렉서블한 특성을 가질 수 있어, 다양한 산업 분야에 응용될 수 있는 신규 소자로서의 광투과 조절 필름을 제공하고, 나아가 다양한 산업 분야로의 활용 가능성을 인식할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광투과 조절 필름은 i) 제1 투명 기판 및 상기 제1 투명 기판과 마주보는 제2 투명 기판, 및 ii) 상기 제1 투명 기판 및 제2 투명 기판 사이에 배치 되고, 고분자층, 상기 고분자층에 분산된 액정 분자 및 상기 고분자층에 분산된 광전변환 입자를 포함하는 광투과 조절층을 포함한다.
상기 제1 투명 기판 및 제2 투명 기판은 플렉서블한 기판일 수 있다. 상기액정 분자는 상기 광투과 조절 필름 외부에 광원이 존재하지 않을 경우, 상기 제1 투명 기판 및 제2 투명 기판에 수직한 방향을 따라 상기 액정 분자의 장축이 배열 되는 액정 분자이다.
상기 광전변환 입자는 상기 광투과 조절 필름 외부에 광원이 존재할 경우, 전기적 쌍극자로 변환되어 국소적인 불규칙한 전기장을 생성한다. 상기 광전변환 입자는 P형 반도체 물질 및 N형 반도체 물질을 포함할 수 있으며, 또한 밴드갭 에너지가 서로 다른 적어도 2종의 유기물질을 포함할 수도 있다.
상기 제1 투명 기판 및 상기 광투과 조절층 사이 및 상기 제2 투명 기판 및 상기 광투과 조절층 사이에는 각각 소정의 액정 배열을 유도하는 제1 액정 배열 유도막 및 제2 액정 배열 유도막을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자 기기 또는 건축 자재는 전술한 광투과 조절 필름을 기기의 적어도 일 영역에 포함한다.
본 발명에 따른 광투과 조절 필름은 별도의 외부 전원 없이도 필름을 통과하는 광의 투과율이 조절 또는 변경될 수 있으며, 플렉서블한 특성을 가질 수 있어 굴곡 형상 등을 포함한 다양한 형태로 가공될 수 있다.
또한, 상기 광투과 조절 필름은 필름을 이루는 모든 구성 요소들이 유기물로 제조될 수 있어, 롤투롤 인쇄 공정 등 단순화된 공정으로 용이하게 대량생산 될 수 있다.
본 광투과 조절 필름은 일종의 신규의 광학 소자로서, 다양한 산업 분야에 광범위하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광투과 조절 필름의 비 활성 상태를 개념적으로 보여주기 위한 단면도이다.
도 2는 상기 도 1의 광투과 조절 필름의 활성 상태를 개념적으로 보여주기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광투과 조절 필름을 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 태양전지 모듈의 제조방법을 자세하게 설명하도록 한다. 그러나 하기 설명들은 본 발명에 대한 예시적인 기재일 뿐, 하기 설명에 의하여 본 발명의 기술사상이 국한되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상은 후술할 청구범위에 의하여 정해진다.
이하에서 언급되는 『필름』은, 박막뿐만 하니라 매크로 관점의 다양한 막 구조물을 의미하며, 재료 관점에서 유기물뿐만 아니라 금속, 무기물 등 다양한 소재를 포함하는 재료이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광투과 조절 필름의 비 활성 상태를 개념적으로 보여주기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 광투과 조절 필름(100)은 제1 투명 기판(110), 제2 투명 기판(120) 및 상기 제1 투명 기판(110)과 제2 투명 기판(120) 사이에 배치된 광투과 조절층(150)을 포함한다. 상기 광투과 조절 필름(100)은 필름 외부에 광원이 존재하여 밝은 빛이 상기 광투과 조절 필름(100) 내부로 유입될 경우 광을 차단하는 기능을 수행하며, 반대로 외부 광원이 존재하지 않거나 아주 약한 빛이 상기 광투과 조절 필름(100) 내부로 유입될 경우에는 유입된 광을 적극적으로 투과 시키는 기능을 수행한다.
상기 제1 투명 기판(110) 및 제2 투명 기판(120)은 투명한 재질의 소재로서, 유리기판일 수 있고 이와 다르게 투명 수지 등의 유기물일 수 있다. 투명 수지로서는 공지된 다양한 수지가 사용될 수 있으며, 예를 들어 PET 수지 등을 들 수 있다. 한편, 상기 제1 및 투명 기판(110) 및 제2 투명 기판(120) 중 적어도 하나의 기판은 도전성인 기판일 수 있어, 본 발명에 따른 광투과 조절 필름(100)의 활용 양상에 따라서는 일종의 전극 역할을 수행할 수도 있다. 상기 제1 투명 기판(110) 및 제2 투명 기판(120)이 모두 수지 등의 플렉서블한 재질로 이루어질 경우, 상기 광투과 조절 필름(100)은 플렉서블한 필름(100) 특성을 갖는다.
도 1을 다시 참조하면, 상기 광투과 조절층(150)은 고분자로 이루어진 고분자층(152), 상기 고분자층(152)에 분산되어 있는 액정분자(154) 및 광전변환 입자(156)를 포함한다. 상기 액정분자(154)는 하나의 도메인을 이루며, 상기 액정 분자(154) 내에는 복수의 액정 입자(50)들이 포함된다. 상기 광투과 조절층(150)은 액정분자(154) 및 광전변환 입자(156)를 고분자 용액 내에 분산 시킨 후 상기 고분자 용액을 상기 제1 투명 기판(110) 상에 도포 한 후 경화 시켜 형성된다. 상기 제2 투명 기판(120)이 유리 기판 등의 고형인 기판일 경우 고분자 용액이 완전히 경화 되기 전에 상기 제2 투명 기판(120)이 상기 고분자 용액 상에 부착될 수 있다. 그러나 상기 제2 투명 기판(120)이 수지로 이루어진 기판일 경우, 상기 제2 투명 기판(120)은 상기 고분자 용액이 경화되어 광투과 조절층(150)으로 완전히 형성된 이후에 상기 광투과 조절층(150) 상에 도포되어 피막으로 형성될 수 있다. 이외에도, 상기 광투과 조절층(150) 및 제2 투명 기판(120)은 다양한 인쇄 방법으로 형성될 수 있다.
상기 액정 분자(154) 내의 액정(152)들은 도 1에서 보는 바와 같이 약한 외부 광(L1) 또는 외부 광원이 존재하지 않을 경우, 즉 비활성인 상태에서, 상기 제1 투명 기판(110) 및 제2 투명 기판(120)에 대하여 상기 액정(50)의 장축이 수직이 되도록 배열 될 수 있는 액정(50)으로 선택될 수 있다. 특히, 상기 투명 기판(110, 120)의 종류에 무관하게 비 활성 시 수직 배열을 유지할 수 있는 액정으로 선택되는 것이 바람직하다.
도 1에서 보는 바와 같이, 외부 광원(L1)이 존재하지 않거나 매우 미약할 경우 상기 액정(50)들이 상기 투명 기판(110, 120)에 수직하게 배열됨으로써 상기 제1 투명 기판(110)에 입사된 광(L1)은 모두 상기 광투과 조절층(150)을 투과하게 된다. 물론, 제2 투명 기판(120)으로부터 입사된 광원도 도시하지는 않았으나, 제1 투명 기판(110)으로 입사된 광(L1)과 마찬가지로 상기 광투과 조절층(150)을 모두 투과하게 된다.
상기 광전변환 입자(156)는 밴드갭 에너지가 다른 적어도 2종의 물질을 포함한다. 예를 들어, 상기 광전변환 입자(156)는 N형 반도체 물질 및 P형 반도체 물질을 포함할 수 있다. 이와 다르게, 상기 광전변환 입자(156)는 밴드갭 에너지가 서로 다른 이종의 유기물질들을 포함할 수 있다. 따라서, 정도의 차이는 있으나, 상기 광전변환 입자(156)는 광이 상기 광투과 조절 필름(100) 내부로 유입되어 유입된 광을 흡수하여 정공을 생성함으로써, 상기 광전변환 입자(156)는 일종의 쌍극자로서 전하를 띄게 된다. 상기 광전변환 입자(156)는 나노 결정화, 흡착 등 공지된 각종 물리화학적 입자 설계 방법으로 준비될 수 있다.
한편, 상기 고분자층(152)은 상기 액정 분자(154) 및 광전변환 입자(156)가 분산되어 있는 광 투과 경로 상의 매질로서의 기능뿐만 아니라, 일종의 벌크헤테로정션(BHJ)을 이루는 도너(donor) 또는 억셉터(acceptor)로 작용할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 광투과 조절 필름(100)은 설계에 따라서는 단일막 구조의 광활성층(150)을 포함하는 일종의 유기태양전지(OPV)로서도 기능할 수 있다.
도 2는 상기 도 1의 광투과 조절 필름의 활성 상태를 개념적으로 보여주기 위한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 활성 상태란 외부 광원이 존재하여, 광투과 조절 필름(200)으로 충분한 광(L2)이 유입되는 상태를 의미한다. 외부 광(L2)가 상기 광투과 조절 필름(200)으로 유입되면 광투과 조절층(160) 내에 분산되어 있는 광전변환 입자(157)이 빛을 흡수하여 정공을 생성하고 이로 인하여, 상기 광전변환 입자(157)는 전기적으로 쌍극자(157)로 변환된다. 이러한 쌍극자(157)들 간에는 정도의 차이는 있으나 서로간에 국소적으로 불규칙한 전기장을 형성하게 된다. 이러한 불규칙한 전기장의 영향으로 액정분자(154) 내의 액정(50)들은 불규칙한 배열 상태를 나타내며, 이로 인하여 유입된 외부 광(L2)중 적어도 일부는 상기 광투과 조절층(160)을 투과하지 못하게 된다.
이상에서, 상기 광투과 조절 필름(100, 200)은 단일 필름으로서 개념적으로 설명 되었으나, 상기 광투과 조절 필름(100, 200)이 대면적화 될 경우 도시하지는 않았으나 상기 광투과 조절층(150, 1601)은 제1 투명 기판(110) 상에 소정의 패턴으로 형성될 수도 있다.
전술한 바와 같은 기술적 구성으로 인하여 상기 광투과 조절 필름(100, 200)은 외부 광이 입사되지 않거나 약하게 입사되는 경우에는 투명 필름으로 기능하고, 반대로 외부 광이 강하게 입사될 경우에는 불투명 필름으로 기능할 수 있다. 결국, 상기 광투과 조절 필름(100, 200)은 종래의 스마트 윈도우와 같은 기능을 수행하는 필름으로서, 외부 전원 없이도 가변적인 광투과 필름으로서 기능할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광투과 조절 필름을 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 광투과 조절 필름(300)은 제1 투명 기판(310), 제2 투명 기판(320) 및 상기 제1 투명 기판(110)과 제2 투명 기판(120) 사이에 배치된 광투과 조절층(350)을 포함한다. 상기 광투과 조절층(350)은 고분자로 이루어진 고분자층(352), 상기 고분자층(352)에 분산되어 있는 액정분자(354) 및 광전변환 입자(356)를 포함한다. 상기 액정분자(354)는 하나의 도메인을 이루며, 상기 액정 분자(354) 내에는 복수의 액정 입자(70)들이 포함된다. 각각의 기능이나 기술적 설명은 도 1 및 도 2에서 설명하였으므로 중복된 설명은 생략한다.
상기 광투과 조절 필름(300)은 상기 제1 투명 기판(310) 및 상기 광투과 조절층(350) 사이 및 상기 제2 투명 기판(320) 및 상기 광투과 조절층(350) 사이에는 각각 소정의 액정(70) 배열을 유도하는 제1 액정 배열 유도막(330) 및 제2 액정 배열 유도막(340)을 포함한다.
상기 제1 액정 배열 유도막(330) 및 제2 액정 배열 유도막(340)은 LCD 패널의 배향막과 유사한 기능을 수행하는 막으로서, 외부 광원의 비 활성 시 최초 액정 배열을 의도하는 바 대로 배열 할 수 있도록 하는 막이다. 상기 제1 액정 배열 유도막(330) 및 제2 액정 배열 유도막(340)은 액정(70)의 종류, 고분자층(352)의 종류 등에 따라 공지된 배향막 중 적절한 막으로 선택될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 양태에 따라서는, 상기 광투과 조절 필름(100, 200, 300)은 전자 기기의 일 영역에 배치되거나, 건축 자재의 일 영역에 배치되어 광투과 기능을 조절하는 광학 부재 또는 신호를 조절하는 부재로서 기능할 뿐만 아니라 다양한 응용 제품들의 기능과 관련한 부가적인 역할을 수행할 수 있을 것으로 기대된다.
또한, 자세히 설명하지는 않았으나 전술한 바와 같이 상기 광투과 조절 필름(100, 200, 300)은 소정의 광투과 조절 패턴들을 포함함으로써, 디스플레이 관점의 시각적 효과도 나타낼 수 있을 것이다.

Claims (9)

  1. 제1 투명 기판 및 상기 제1 투명 기판과 마주보는 제2 투명 기판; 및
    상기 제1 투명 기판 및 제2 투명 기판 사이에 배치 되고,
    i) 고분자층;
    ⅱ) 상기 고분자층에 분산되어 있고 외부에 광원이 존재하지 않을 경우, 상 기 제1 투명 기판 및 제2 투명 기판에 수직한 방향을 따라 장축이 배열되는 액정 분자; 및
    ⅲ) 상기 고분자층에 분산되어 있고 외부에 광원이 존재할 경우 전기적 쌍극 자로 변환되어 서로간에 불규칙한 전기장을 형성하는 광전변환 입자들을 포함하는 광투과 조절층을 포함하는 광투과 조절 필름.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 투명 기판 및 제2 투명 기판은 플렉서블한 기판인 것을 특징으로 하는 광투과 조절 필름.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광전변환 입자는 P형 반도체 물질 및 N형 반도체 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 광투과 조절 필름.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광전변환 입자는 밴드갭 에너지가 서로 다른 적어도 2종의 유기물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 광투과 조절 필름.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 투명 기판 및 상기 광투과 조절층 사이 및 상기 제2 투명 기판 및 상기 광투과 조절층 사이에는 각각 소정의 액정 배열을 유도하는 제1 액정 배열 유도막 및 제2 액정 배열 유도막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광투과 조절 필름.
  8. 제1항의 광투과 조절필름을 기기의 적어도 일 영역에 포함하는 전자 기기.
  9. 제1항의 광투과 조절필름을 자재의 적어도 일 영역에 포함하는 건축 자재.
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